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年度科学家颜宁:在迷雾旷野中寻找真理之路
发布时间:2016-02-27

  因为颜宁带领着她平均年龄不到30岁的团队成功攻克了膜蛋白研究领域最受瞩目、国际竞争也最激烈的课题。这项伟大的成就将为针对人类疾病开发药物做出决定性的贡献。

颜宁(资料图)

  在迷雾旷野中寻找真理之路

  因为颜宁带领着她平均年龄不到30岁的团队成功攻克了膜蛋白研究领域最受瞩目、国际竞争也最激烈的课题。这项伟大的成就将为针对人类疾病开发药物做出决定性的贡献。

  上帝带着你打开窗户

  还有不到一周就是农历新年了。晚上7点,清华校园里已经看不见什么人,结构生物学中心所在的楼层却灯光通亮,结构生物学家颜宁女士和她课题组的5个学生没有一个人回家,集体在实验室待命。

  对于他们来说,这一天比即将到来的年节更为重要:两天之前,他们终于得到一颗优质的葡萄糖转运蛋白GLUT1的晶体,由两位学生用零下170度的低温罐装着,搭高铁送去了上海同步辐射实验室。尝试无数次,积累很多年,能否收集到高质量数据,取得实验的最终成功,今晚便是检验收割的时刻。课题组里年纪最长的博士后邓东给大家点了外卖,特意挑了“必胜客”,“当时说必胜嘛,我记得很清楚。”

  颜宁没有跟学生们一起吃晚饭。她比其他人更加紧张,待在几个房间开外自己的办公室,“惴惴不安的,也不敢跑去看,我怕我一进去给他们压力太大,他们手再抖一下什么的&#823&#823我就等着,等着。”

  解析GLUT1的结构,探究这个对人体来说至关重要的葡萄糖转运蛋白(glucose transporters,简称GLUTs)长什么样子、如何工作,这是清华大学教授颜宁近7年以来最重要的工作。

王者彩票网  葡萄糖是维持人类生命活动的最基本能量来源,只有进入细胞内部才能被人体利用。但是在一般状态下,由于葡萄糖亲水,而细胞膜疏水的特性,细胞对于葡萄糖来说相当于一座围城,外面的糖分子进不去,里面的糖分子出不来。葡萄糖转运蛋白就像是细胞膜上站岗的守城卫兵,在合适的时候为葡萄糖打开城门,使之通过高墙,发挥作用。

  在人体14种葡萄糖转运蛋白当中,GLUT1是最早被科学家发现的。它几乎存在于人体的每一个细胞,对于维持血糖浓度稳定和大脑供能起到关键作用。GLUT1还与一系列遗传疾病有关,如果在胚胎发育的过程中,GLUT1无法正常发挥作用,将会影响葡萄糖的正常吸收,导致大脑萎缩、智力低下、发育迟缓、癫痫等一系列疾病,癌细胞高度依赖的葡萄糖也需要通过GLUT1摄取。

  自从1985年GLUT1的基因序列被鉴定出来之后,获取它的三维结构成为膜蛋白研究领域最受瞩目、国际竞争也最激烈的课题之一。全世界的许多结构生物学家都在为此努力,颜宁的竞争对手遍布美国、欧洲、日本,其中很多科学家已经付出了近20年的时间。眼下,颜宁和她的团队终于来到了最后的关口。

  7点半,8点,9点&#823&#823数据从上海源源不断地传回来。解析蛋白结构的基本方法包含4个步骤,获得大量无杂质的目标蛋白质,筛选条件使蛋白质结成可观察的晶体,利用X射线衍射的技术手段获得衍射图谱,最后计算搭建结构模型。

  晚上10点半,颜宁办公室的门被敲响了,邓东站在门外。“出来了?”“出来了。”两人对视一眼,条件反射般狠狠击掌,然后一起往实验室的方向“哒哒哒”飞跑。这一次,这个来自中国,平均年龄不到30岁的团队赢了。

  2014年6月5日,世界上最权威的自然科学期刊之一《自然》正式发表了这项成果。2015年,因为在膜蛋白结构研究领域的重要贡献,颜宁同时获得国际蛋白质学会“青年科学家奖”和赛克勒国际生物物理奖。“要针对人类疾病开发药物,获得人源转运蛋白至关重要”, 斯坦福大学医学院分子与细胞学教授、2012年诺贝尔化学奖得主布莱恩?科比尔卡对《自然》杂志评价,“因此,这是一项伟大的成就,该成果对于研究癌症和糖尿病的意义不言而喻。”

  “其实现在想就是挺激动,”回忆起那个冬夜,在电脑上看到结构的时刻,颜宁依旧记得那种无法言说的喜悦,她感觉到那就像美国科学院院士、华裔生物学家王晓东说的,上帝带着你打开了一扇窗,让你一下子看到了一个神迹,“这是世人以前不知道的,突然间被你首先窥到了,你想那是一种什么样的奖励。”

颜宁(资料图)

  严密逻辑的胜利

  夜晚是颜宁一天中最喜欢的时刻。当周遭安静下来,感官变得敏锐,精力集中于一线,头脑和思路变得异常清晰。她的同事和学生们都知道,颜老师是“在中国过美国时间,在美国过中国时间”,常常晚上10点出现在实验室,双眼发亮,跟准备离开的学生打招呼。

  做探索性研究的感觉,就像是在黑夜当中摸索。科学家的面前是一片迷雾旷野,不知道研究方向是否正确,不知道要花费多少时间,甚至不知道最后能不能做得出来。实验室的博士生孙鹏程对记者说,他们只能不断尝试,“可能前面有100条路摆在我们面前,然后有的人运气好,可能你第一下就试出来了,但你有可能运气不好,你可能试了99条都没试出来,只剩最后一条了,就看你还有没有勇气去试。”也因如此,外界对结构生物学研究技术含量的质疑由来已久,甚至戏谑地将他们称为“工匠”,“劳动密集型”,“体力是基础,运气是关键”。

  颜宁完全不能同意。跟很多人对中国科学家某种“勤勉,甚至过度勤勉”的刻板印象不同,颜宁从来不对学生来实验室的时间做硬性规定,一有时间就组织学生们“偷懒”,聚在小会议室聊八卦,玩杀人游戏。三季《爸爸去哪儿》一集不落。

  科研上,颜宁最讨厌的就是“蛮干”。她说自己喜欢那种“聪明动脑子,加稍微懒惰一点”的学生,“这就意味着他是多快好省地做出事情来,对吧”。GLUT1的结构是膜蛋白结构研究领域公认的硬骨头,颜宁带领她的团队半年就攻克了难关。“到现在为止我的运气不坏。我经常说运气不坏,这是故意谦虚一下,其实我是一直在动脑子分析,而不是蛮干,如果你蛮干的话,你真的就是每条路去走了。”

  做GLUT1的结构最大的难点在于结晶。晶体是完完全全同样的分子规则反复的空间排列,如果无数个一模一样的克隆人像阅兵方阵那样整齐排列,就可以被看作大晶体。GLUT1分子太小,无法被显微镜直接观察,必须获得它的结晶才能够探索结构;另一方面,它又高度活泼,常常是歪七扭八的,很难乖乖保持一模一样的状态,规规矩矩排成方阵供人检阅。这些不听话的小东西在什么环境条件下才能结晶?他们几乎没有任何经验和理论支撑可供借鉴。基于对蛋白本身的了解,颜宁开始分析:要把GLUT1“搞残”,让它动得慢一点,再慢一点。她让学生们去阅读大量文献,试图找到一个突变方法,使GLUT1在还能工作的前提下将速度放慢几千倍,然后再运用低温和合适的去污剂,近一步降低分子运动的速率。

  15年以前,刚刚从清华本科毕业,到普林斯顿大学念博士的时候,颜宁常常跟导师施一公争执。国内名校毕业、第一次出国的小女孩又自卑,又自负,信仰勤力,面前有100条路,非要一条一条都试过才甘心。“我后来就发现,我不论怎么跟他争,最后我把所有路走了一遍,发现好像还是他说的那个是对的。”很多年以后她才慢慢发现,这缘于长期经验积累和严密分析所形成的“科学直觉”,就像在路上看到一辆飞驰而过的汽车,有经验的社会人一定会本能地闪躲一样。

  如今,她成了那个给团队指路的人。她说自己不相信运气,只相信实力。“我确实对于获得人源葡萄糖转运蛋白的晶体结构有点骄傲,因为这个工作完完全全是按照逻辑一步步拿到的结构,而不是靠‘筛选’。我很高兴,因为这是一次严密逻辑的胜利。”

  “科学研究真的需要运气吗?我现在越来越不相信运气这种东西了,老有人说我们有运气什么什么的,那是大家只看到你走运的时候,没看到你不走运的时候,我觉得还是sense吧,就是你训练积累到一定程度,它是水到渠成的。”

颜宁(资料图)

  科学之美

  科学竞争是一场争分夺秒的竞赛,没有第二,只有第一,不管付出多大的努力,都有可能被其他人抢先一步。曾经有近两年时间,每周四、五凌晨一点,颜宁的团队都会自动醒来——那是《自然》和《科学》杂志网络版上线的时间。邓东曾说,“再困,我也会爬起来坐到电脑前,看有没有人发表类似的成果。”颜宁记得看到结构之后,自己最多“激动了一秒钟”,脑回路立刻转换,“这么顺利,别人一定做出来了,赶紧写paper。”她用不到一个星期的时间就把论文投了出去。但这并不意味着科学家之间仅余竞争。实验成功后的一段时间,颜宁常常收到来自世界各地的同行的邮件。这些竞争者在信里写,恭喜你,我做这个课题做了10年没做出来,你居然把它做出来了。三分的自我惋惜,更多的则是乐见突破的祝贺:心里难受是肯定的,但毕竟这个结构在自己的有生之年被看到了。

  颜宁享受这样的纯粹和辽阔。“同行之间,除了同行相轻之外,其实还有一个是惺惺相惜。特别是科学界,纯自然科学,更多的是惺惺相惜&#823&#823因为你在乎的就是那个词,真理,你真正喜悦的是这个领域往前进步了。”

  颜宁对科学最初的想象来自于童年。那时她家住北京大兴的一栋楼房,四层,窗户在床的旁边。夜里爬上床,拉开窗帘,眼前就是满天的星斗。她常常对着星星胡思乱想:宇宙之外是什么?都说宇宙是无穷的,无穷是什么?有没有时间隧道?人眼看到的信息,大脑是怎么处理的?是一种天然生发的、没有边界和指向的畅想,直到高中毕业,顺应父母的期望来到清华大学生物系,颜宁还和很多人一样看不到未来在哪里,从未想过将科研当作一生的事业。

  2000年,颜宁来到普林斯顿大学继续攻读分子生物学博士。在这座爱因斯坦度过晚年的美丽小镇,教课的大多是上了年纪的老教授,经典论文,甚至课本中看到的研究成果很多都是他们亲手做出来的,科学研究在他们的讲述当中变成了生动有趣的故事。她常常看到一对美国科学院院士夫妇,夜半时分,各自守在各自的实验室里,佝着身子,观察显微镜下的果蝇。那画面非常安静,非常美好,“那种简单和执着让我感动,觉得我将来就是要这个样子,很简单地做自己喜欢的研究。”

  一年级结束之后,颜宁进入施一公的实验室正式开始实验研究。2004年以后,实验室又多了两位来自清华的师兄,当夜幕降临,三个人就开始用小音箱在实验室里放中文老歌,就着旋律各自做各自的实验,很少交谈,却心照不宣。一切正是她期望的样子,“那感觉可好了。”

  颜宁很少去想国家、未来之类的大问题,科学对她的吸引力来自各种触手可及且具体而微的快乐:创造知识带来的智力兴奋,接受挑战、偶开天眼的刺激,同行相敬的学术氛围,以及这些纯粹的、美妙的小小时刻。

  她性格率直,很少用大词,把自己的工作比作“打怪通关”,令她着迷的永远是最重要、最困难的问题。“什么叫重要?就是你做出来能进教科书。这个这么重要,为什么还没人做它?后来说它很难。那很难才好玩儿啊!”这位38岁的科学家语速飞快,喜欢扎马尾辫,穿印有“清华”字样的紫色帽衫,由内而外洋溢着小女孩式的热情。

  “小女孩”也是颜宁周围的朋友对她最常做出的评价。她兴趣极广,什么小道消息、八卦新闻、电视剧、网络小说,都能滔滔不绝地聊起来。颜宁本科时期的同学、至今的闺蜜李一诺告诉《人物》记者,有一天颜宁突然看上了深圳一档叫做《极速前进》的旅行节目,非拉着李一诺一起去参赛,认认真真去微博上给节目组写了好长的评论,“结果人家也没搭理她。”

  李一诺说,“颜宁其实就是一小女孩,只不过是在科学领域做事。她很多想法和什么都非常小女孩,所以也非常可爱。”

  但是,直到最近,颜宁才意识到“性别”对于科学家来说可能意味着什么。她曾在一篇文章中描述了这种隐秘的阻力,“今年之前,对于各种‘女科学家’活动,我其实是拒绝的,因为我不喜欢自己被贴上任何标签,我只相信实力,无关性别、年龄的实力&#823&#823但是,当我慢慢意识到许多女孩子,特别是我自己的学生,并不是没有实力,只是因为社会家庭的共识,因为在某一阶段或主动或被动地必须做选择题,而脱离了她们本来挺有天赋的科研世界,我真的挺痛心。于是我开始参与到支持青年女科学家的各种活动中。”

  从那时开始,她在举办学术论坛时会特别邀请优秀的女性科学家。有一回学院面试博士生,在场的一位男老师问面前的硕士女孩,你现在到了一定的年龄,将来怎样平衡家庭和科研?条件反射般,颜宁立即打断了谈话。她跟女孩说,“你可以不回答这个问题,这是一个有性别歧视的问题”。然后当场质问那位男同事,你们为何从来不问男性如何平衡家庭和工作?在微博里转发艾玛?沃森在联合国就女性主义议题所作的演讲时,颜宁提到了这件事。“我是自己被问了这么多次之后才意识到这里面的隐形性别歧视,”她写道,“凭什么女性就一定要平衡家庭和工作?”

  然而她也知道,从前的不在意,是因为自己比一般女性科学家的运气更好。她至今跟父母生活在一起,他们非常支持她的事业,生活上的照顾无微不至,她形容自己几乎是“十指不沾阳春水”,能够心无旁骛地投入科学。

  做结构生物学研究十几年,颜宁觉得自己也渐渐变成了研究的一部分。她最近常常想,生命到底是什么呢?看过那么多生物的奇妙结构,她发现人类工程所创造出的机器,大自然其实都早有设计,“并且比你这个要精妙得多&#823&#823没有一台人造的涡轮机能比得上你身体里这些机器利用能量的效率。”她感到卑微,人类到底能不能超越自然之力,创造出独特的新东西?她又觉得高兴,至少,作为科学家,自己已经得到了许多额外的奖赏。

  刚从普林斯顿回到清华组建实验室不久,同事刘国松教授曾经跟她说过做科学家的三个境界:第一重是职业,最下乘,不过将科研当作了谋生的手段;第二重是兴趣,那时她以为这已经是科学家的境界了,追求兴趣,多么的超凡脱俗;第三重,刘国松说了两个字,“永生”。那一刻,李白和杜甫的影子突然从颜宁的脑海中跳了出来,她觉得自己“有点被震撼”。

  那天凌晨,她在博客中这样写道:“从事基础科研的科学家何尝不是有这么点虚荣心呢?神龟虽寿,犹有竟时。你的发现留在历史上,作为你的一个标志一直传下去,确实是某种意义上的永生。”

  2016年愿望

  其实我2015年写了一篇博客,1月1号,就在说能不能寻求突破。今年有点失望,还没有达到我想要的突破,我想可能在未来若干年,我每年的想法都是我要做出我想要的突破。

  我现在做的一些工作相对来说是比较经典的工作。什么叫经典,我的定义就是说我今年做的很多东西基本上都是进教科书的,这就叫经典了对吧。但是我们在科研中很重要的就是你是一个领域的开创者,就是别人从来没有想到这个问题,你却想到了。像我现在做的事,别人没有做出来,我做出来了,但并不是说别人不想做,其实大家也都想做。我现在下一步想要做的就是说别人还没有想到。我在寻求这个。

  拍摄现场

  封面照拍摄结束后,摄影师用颜宁的照片现场组合起群封构图。他将颜宁的图片与学诚法师比邻而放,“让科学与信仰站在一起”。站在一旁的颜宁兴致勃勃地观察,当听说那是学诚法师时,她语带欢快,“是龙泉寺的住持。我们有缘,我听说清华人出家基本都去了那儿。”

  用一个词形容你的2015?

  收获。我觉得2015年是在我们的科研中做出了很多预谋已久的课题。其实是厚积薄发,前面已经有了很多年的积淀,做出来是必然的,只是没想到几个课题同一年都做出来了,这种感觉还是挺意外惊喜的,一个收获季节,很开心。而且我自己也得了两个国际奖,我觉得也是一种收获,但是只是季节性的收获。

  6个月

  自从1985年GLUT1的基因序列被鉴定出来之后,获取它的三维结构成为膜蛋白研究领域最受瞩目、国际竞争也最激烈的课题之一。全世界的结构生物学家都在为此努力,颜宁的竞争对手遍布美国、欧洲、日本、英国,其中很多科学家已经付出了近20年的时间。然而这个课题最终由颜宁和她的团队在6个月之内攻坚成功。


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